近日，浙江大学材料学院叶志镇院士团队在蓝色钙钛矿激光方面取得重要进展，研究成果以“Blue Perovskite Lasing Derived from Bound Excitons through Defect Engineering”为题发表在国际著名期刊ACS Nano (DOI: 10.1021/acsnano.4c06877)上。浙江大学为该论文第一单位，陆国超博士与王昕洋博士为共同第一作者，叶志镇院士、何海平教授、李静博士为共同通讯作者。
全无机铅卤钙钛矿薄膜具有高光增益、带隙可调、非外延生长和易与其他光电子器件集成等优势，是下一代低成本、高性能全色激光增益介质的有力竞争者。其中，蓝色激光作为应用最为广泛的相干光源之一，发展钙钛矿薄膜蓝光增益介质对推动钙钛矿在激光领域的应用具有重要意义。然而，蓝光钙钛矿薄膜中存在不可避免的高密度缺陷，严重阻碍激发态载流子的快速积累从而不利于受激辐射的发生，加之蓝光钙钛矿薄膜中的缺陷钝化十分困难、钝化效果往往不佳，因此基于钙钛矿薄膜实现蓝色激光仍十分困难。
针对这一难题，团队提出了一种缺陷工程策略，通过辛基溴化铵（OABr）添加剂在全无机Rb/Cs混合钙钛矿薄膜中引入深能级缺陷，并基于该缺陷形成束缚激子，最终基于束缚激子在高缺陷密度的钙钛矿薄膜中实现了高性能的蓝光放大自发辐射（ASE），阈值低至13.5 μJ/cm2，净增益系数高达744.7cm-1。在高性能钙钛矿薄膜增益介质的基础上，进一步构筑垂直腔面发射激光器并实现了482 nm的单纵模蓝色激光。
这项工作不仅展示了一种制备高性能钙钛矿蓝色激光增益介质的简便方法，同时也提出了一种基于束缚激子实现受激辐射的机制，证实了缺陷可以被有效利用，为实现高性能蓝色激光提供了新的思路。
基于束缚激子的高性能蓝光放大自发辐射
图中可见，当激发光能量增加到某一特定阈值的时候，荧光光谱在484nm处出现一个尖锐的发光峰，发射强度的陡增以及发光峰的变窄，揭示了放大自发辐射（ASE）的产生。ASE强度和半峰宽随着激光泵浦能量变化的函数清晰地显示出一个拐点，该拐点即对应ASE的阈值，为13.5μJ/cm2。利用基于条纹相机的超快时间分辨测试得到ASE的寿命仅为20ps。
配置推荐
本文基于束缚激子的高性能蓝光放大自发辐射的超快时间分辨光谱测试采用使用卓立汉光公司的ST-10条纹相机搭配飞秒激光器测试得到。稳态瞬态荧光光谱测试使用卓立汉光公司的OmniFluo900荧光光谱仪完成。
ST-10条纹相机时间分辨率可达到5ps，可匹配多种焦长光谱仪，快速追踪超快发光的动力学过程。OmniFluo900为模块化搭建结构，通过搭配不同的光源、检测器和各类附件，为紫外/可见/近红外发光测试提供综合解决方案，也为钙钛矿发光器件、钙钛矿光伏器件及钙钛矿量子点的研发提供有利工具。
条纹相机超快时间分辨系统 OmniFluo900系列稳态瞬态荧光光谱仪
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